机床设计总体-简化版

式中 G——机床重量； N——机床主传动功率。
机床的结构工艺性包括制造、装配和维修的工艺性。
19/63
一、机床设计的基本要求 二、机床设计步骤
? 概述 ? 机床总体设计 ? 主传动系设计 ? 进给传动系设计 ? 主轴部件设计 ? 进给传动部件设计 ? 支承件设计 ? 导轨设计
2/63
金属切削机床，是机械制造的基础装备。 现代金属切削机床，凝聚了当代科技的成果，集 精密机械制造技术、计算机技术、自动控制技术、光 电子技术和管理技术于一身。 机床也象一般机电装备一样，要完成一定的功能 作业，如形成加工对象的一定表面形状。但与一般机 电装备具有显著不同的方面，对作业有极高的质量要 求，即必须保证加工对象的精度和表面质量。
使用中得度，规定了相关精度标准。若以普通
加工精度和表面粗糙度取决于机床、刀具、夹具、切削条件和操作者 精度级允许误差单位为1，三种等级精
等方面的因素。 度的比例大致为：1：0.4：0.25。
机床本身必须具备的精度称为机床精度。
机床按精度分为：普通精度级、精密级（M）、高精度级（G）。
7/63
2．精度
机床的精度指标包括： （1）几何精度 指最终影响机床工作精度的主要零部件及其相互间的尺寸精度、形状精度 和位置精度。如主轴前端内孔的尺寸和形状精度、导轨的直线度、主轴与其它 部件间的平行度和垂直度等。 几何精度是机床在空载条件下，在静止或低速状态中测量。主要反映机床 的制造装配质量是否达到设计时制定的标准。
8/63
2．精度
（2）运动精度 指机床主要零部件在工作速度下，无负载运行时的精度。如主轴的回 转精度，直线运动的均匀性等。与零部件的设计、制造和装配质量有关。
（3）传动精度 指内联系传动链两端件相对运动的准确性和协调性。反映了传动链设 计合理性，制造和装配质量。
9/63
2．精度
（4）定位精度 指机床执行件到达指定位置的准确程度。直接影响了加工零件的尺寸 精度、形状精度和位置精度。与传动精度、刚度，控制系统的动态特性和 测量系统的精度有关。
3/63
机床设计，大量的采用数字化设计方法和手段。 发展趋势：
从传统的经验设计方法向定量设计与实验研究相 结合
由静态设计向动态设计 由几何实体设计、静态分析向动态仿真、 由可行性设计向最佳化设计方向发展。
4/63
一、机床设计的基本要求 二、机床设计步骤
5/63
1．工艺范围
指机床上完成的加工方法，适应的工件类型、可加工表面形状、尺寸范围、 材料及毛坯种类等，主要反映机床的加工功能。
13/63
4．机床的性能
（1）传动效率 机床功率损失引起摩擦热，造成运动副的磨损和机床的热变形。 对于普通机床，主轴最高转速时的机床空载功率不应超过主电动机功 率的三分之一。
机床的传动效率与传动链的长短、传动速度、摩擦阻力大小、传动件 的动平衡等因素有关。
14/63
4．机床的性能
（2）刚度 指机床及重要零部件在载荷的作用下抵抗变形的能力。 在载荷的作用下，刀具与工件的相对位置发生改变，影响加工精度。 机床的静刚度是动刚度的基础。
17/63
5．自动化程度 6．宜人性
造型与色彩； 操作省力、方便； 保养、维护容易。
18/63
7．成本
机床的成本由以下部分构成： ? 设备的购买成本； ? 使用中的安装、动力消耗、操作、维修等成本； ? 报废成本。
在设计时，应使机床的金属消耗量小，结构工艺性好。机床的金属消 耗量M的指标为：
M=G/N
（5）重复定位精度 指机床运动部件在相同条件下，用相同的方法重复定位时，位置的一 致程度。
（6）工作精度 对规定的试件，用规定的条件加工所达到的精度。是机床精度的综合 反映，包括机床的刚度、抗振性及热稳定性等。
10/63
2．精度
（7）精度保持性 指机床在工作中长期保持其原始精度的能力。 一般以机床关键零部件（如主轴、导轨等）的首次大修期来决定。 主要取决于机床关键零部件的耐磨性、内应力引起的永久变形程度和 机床使用的保养。
16/63
4．机床的性能
（4）噪声 金属切削机床噪声测量标准规定： 普通精度机床噪声不大于85dB （A）； 精密机床噪声不大于75dB （A）。
机床的噪声来源主要有：机械噪声、液压气动噪声、电磁噪声和空气 动力噪声。
（5）热变形 热变形不仅影响加工精度，也改变了相对运动副的间隙、润滑状态。
（6）可靠性
根据工艺范围分为：通用机床、专门化机床和专用机床三大类。 机床的功能越多，适应的范围就越广，结构越复杂，要考虑的因素越多， 技术难度就越大。 数控机床的工艺范围较一般通用机床的工艺范围更广。 满足不同批量生产要求的机床，其设计的思路有所不同。
6/63
2．精度
保证被加工零件达到的尺寸精度和表面粗糙度要求，并能在机床长期
11/63
3．机床的生产率
指机床在单位时间内所能加工的零件数量。即：
1
1
Q? ?
t t1 ? t2 ? t3 / n
式中 t——单个零件的平均加工时间；
t1——单个工件的切削加工时间； t2——单个工件加工过程的辅助时间； t3——加工一批零件的准备和终结时间； n ——一批零件的数量。
对于机床方面，影响生产率的有机床的布局、刚度、功率、运动参数 和自动化程度等。
12/63
4．机床的性能
机床在加工过程的静态力、动态力、温度变化，将引起机床的变形、 振动、噪声等，机床的性能就指抵抗上述现象的能力。
（1）传动效率 用于评价机床有效利用电动机输出功率的能力。可用下式表示：
η=P/Pm≈（Pm－P0）/ Pm =1－P0/ Pm
式中 η ——机床传动效率；
P——机床输出功率； Pm——电动机输出功率； P0——机床空载功率。
影响机床刚度的主要有支承件及主要零部件的刚度、部件间的连接刚 度和接触面的接触刚度。局部的薄弱环节对整机的刚度影响极大。
15/63
4．机床的性能
（3）抗振能力 指抵抗受迫振动和自激振动的能力。 振动影响加工质量、降低刀具耐用度，生产率降低，加剧机床磨损、 引起噪声。提高抗振能力的措施如下： ? 提高机床的刚度； ? 提高固有频率； ? 改善阻尼性能； ? 改善运动件的动平衡状况。